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第十二章 主宰生命奧秘的分子. 12-1 遺傳物質 DNA 是怎樣發現的? 12-2 核酸的構造如何? 12-3 DNA 如何複製? 12-4 轉錄作用如何進行? 12-5 基因與 DNA 的關係如何? 12-6 基因與蛋白質合成的關係如何? 12-7 基因的表現怎樣被調節? 12-8 什麼是遺傳工程? 12-9 突變的意義和種類 探討活動- DNA 的粗萃取. 回總目錄. 遺傳物質 DNA 是怎樣發現的?. 格里夫茲發現性狀轉變 亞夫利證實性狀轉變物是 DNA 赫希和蔡斯證實 DNA 是遺傳物質. 1928 年,英國,格里夫茲 肺炎球菌:
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第十二章 主宰生命奧秘的分子 12-1 遺傳物質DNA是怎樣發現的? 12-2 核酸的構造如何? 12-3DNA如何複製? 12-4 轉錄作用如何進行? 12-5 基因與DNA的關係如何? 12-6 基因與蛋白質合成的關係如何? 12-7 基因的表現怎樣被調節? 12-8 什麼是遺傳工程? 12-9 突變的意義和種類 探討活動-DNA的粗萃取 回總目錄
遺傳物質DNA是怎樣發現的? 格里夫茲發現性狀轉變 亞夫利證實性狀轉變物是DNA 赫希和蔡斯證實DNA是遺傳物質
1928年,英國,格里夫茲 • 肺炎球菌: • (1)R型: • 菌落粗糙 • 細胞壁外無莢膜 • 不致病 • (2)S型: • 菌落光滑 • 細胞壁外有莢膜 • 致病 格里夫茲發現性狀轉變
格里夫茲發現性狀轉變 • 實驗: • 結論: • (1)S型的性狀轉變物使R型發 生性狀轉變成為S型 • (2)性狀轉變是基因型的轉變
亞夫利證實性狀轉變物是DNA • 1944,亞夫利等細菌學者 • 實驗過程: • 結論:性狀轉變物質為DNA
1952,赫希和蔡斯 • 實驗過程: • (1)以噬菌體和大腸桿菌為材料 • (2)應用放射性同位素 • 35S 標識蛋白質 • 32P標識DNA • 結論: • (1)僅噬菌體的DNA進入細菌體內 • (2)DNA才是遺傳物質 赫希和蔡斯證實DNA是遺傳物質
核酸的構造如何? DNA的基本構造 RNA的基本組成 分子生物學的中心法則
DNA的基本單位是核 酸 • (1)4種核 酸: • 去氧核糖 • 磷酸 • 4種含氮鹼基:A、T、C、G • (2)多核 酸鏈: • 前一核 酸去氧核糖的第3個C • 下一核 酸的磷酸根 二者相連 DNA的基本構造
華生和克立克的雙螺旋結構 • (1)兩股多核 酸鏈反向平行再形成螺旋結構 • (2)骨架:糖-磷酸的共價鍵 • (3)橫梯:互補鹼基對的氫鍵 • (4)察加夫法則: • DNA中的A/T=1,C/G =1 • 適用於每一物種 A = T C G DNA的基本構造
RNA的基本構造單位是核 酸 • (1)4種核 酸 • 核糖 • 磷酸 • 4種含氮鹼基:A、U、C、G • RNA為單股多核 酸鏈 RNA的基本組成
RNA有三種: • (1)核糖體RNA(rRNA): • 構成核糖體 含量最多 • (2)傳訊RNA(mRNA): • 分子量最大 • 自DNA轉錄遺傳訊息 • 三個鹼基成為一組密碼子 • 可有64組密碼子 • (3)移運RNA(tRNA): • 分子量最小 攜帶胺基酸 補密碼 RNA的基本組成
分子生物學的中心法則 • 什麼是分子生物學的中心法則? • (1)指DNA能自我複製,並經轉錄 和轉譯作用形成蛋白質 • (2)即DNA表現出遺傳性狀的過程
DNA如何複製? 真核細胞如何複製DNA? 原核細胞如何複製DNA?
DNA複製過程: • (1)螺旋 分開DNA雙股 • (2)以兩股為鑄模 • (3)DNA聚合 聚合新股 • 原料:dATP,dGTP,dTTP,dCTP • 依鹼基配對原則 • 新股依53 的方向增長 • 接合 連接岡崎片段 • (4)多處同時進行雙向複製 真核細胞如何複製DNA?
資料來源:Campbell, N. A. 1996. Biology. The Benjamin/Cumming Publishing Company, Inc., p.299 DNA的複製
DNA的複製方式:半保留方式 • (1)新DNA分子中 • A.一股為舊有的核 酸鏈 • B.一股為新合成的核 酸鏈 • (2)1958,麥金生和史塔爾的實驗證明 真核細胞如何複製DNA?
第0代 第1代 第2代 第3代 真核細胞如何複製DNA
原核細胞如何複製DNA? • 過程與真核細胞大致相同 • 相異處: • (1)原核生物:一個 起點,一個終點 • (2)真核生物:多個 起點,多個終點
轉錄的定義: • 以DNA的一股為鑄模合成RNA • 過程: • (1)RNA 聚合 與DNA結合,打開DNA的雙股 • (2)DNA雙股中,僅有一股被轉錄,這一股叫 做sense DNA • (3)以ATP、UTP、CTP、GTP為材料 • 依AU,T A,C G,G C 配對 轉錄作用如何進行?
轉錄作用如何進行? • 真核生物轉錄出來的RNA需經修飾方能產生作用 • (1)5加G • (2) 3加A • (3)切去中斷子 (內含子)
基因是什麼? • (1)基因是一段DNA • (2)基因是控制生物性狀的遺傳單位 • (3)不同的生物,所具有的基因數不同 • 人類的基因數約3~4萬個 • 人類每個基因平均含數萬個鹼基對 • 每一鹼基對的平均分子量約660 基因與DNA的關係如何?
基因組是什麼? • (1)定義:指細胞遺傳物質總量(單套 染色體的基因總量) • (2)通常以鹼基對數目表示基因組的量 • 人類基因組:3×109鹼基對 • 大腸桿菌基因組:4.7×106鹼基對 基因與DNA的關係如何?
基因與DNA的關係如何? • 人類基因組計畫(HGP): • (1)1990年開始,美國和英國主導,有18個國家 參加,包括臺灣 • (2)預訂於西元2003年完成 • (3)西元2000年6月,完成「人體基因組圖草圖」 • (4)我國參與HGP,以榮陽團隊(榮民總醫院、 陽明大學)的成果最顯赫。其完成第四對染 色體上q22–q24片段的一千萬個鹼基定序,該 片段共有218個基因
人體基因組的組成: • (1)組成: • (2)編碼DNA: • 實際含有遺傳密碼以合成蛋白質的基因 • 占DNA的3% 基因與DNA的關係如何?
基因與蛋白質合成的關係如何? 基因-酵素假說 密碼子與胺基酸 蛋白質的合成與修飾
畢德-泰頓的實驗: • (1)材料:紅麵包黴 • 突變型I-需添加鳥胺酸 • 突變型II-需添加瓜胺酸 • 突變型III-需添加精胺酸 • (2)最低限度培養基: • 正常野生種能生長的培養基 • 突變種無法生長於此培養基 基因-酵素假說
基因-酵素假說 • 推論: • 一個「基因」的突變,造成一個「酵素」的缺陷「一個基因控制一個酵素」
mRNA有64組密碼子 • (1)UAA,UAG和UGA為終止密碼子,不 決 定任何胺基酸 • (2)有61組密碼子可決定胺基酸 • 同義碼:決定同一胺基酸的數個密碼子 • 例如:AAG和AAA皆決定離胺酸 • (3)AUG為起始密碼子,並決定甲硫胺酸 密碼子與胺基酸
基因藉密碼子決定多 鏈中胺基酸的種類和序列基因藉密碼子決定多 鏈中胺基酸的種類和序列 • DNAmRNA 胺基酸的種類和順序 不同的蛋白質 決定 決定 決定 密碼子與胺基酸
蛋白質合成的要件: • (1)mRNA: • 單順反子mRNA:只用於合 成一個蛋白質分子 • 多順反子mRNA:可用於合 成多個蛋白質分子 蛋白質的合成與修飾
(2)核糖體: • 成分為蛋白質+rRNA • 兩次單元組合後才能進行蛋白質 合成 • 供 mRNA附著 • 一條mRNA可附著一串核糖體 多核糖體 • 蛋白質合成完後,兩次單元分離 蛋白質的合成與修飾
(3)移運RNA(tRNA): 負責攜帶胺基酸(3) 其上有補密碼決定攜帶的胺基酸種類 一種tRNA攜帶一種胺基酸 一種胺基酸可由數種tRNA攜帶 蛋白質的合成與修飾
蛋白質合成過程(轉譯作用): • (1)m RNA 附著在核糖體 • (2)t RNA攜來第一個胺基酸(甲硫胺酸) • (3)m RNA沿核糖體移動 • (4)t RNA攜來下一個胺基酸進入A位 • (5)P位和A位胺基酸形成 鍵 • (6)P位的t RNA離開 • (7)直到終止密碼出現 蛋白質的合成與修飾
蛋白質的修飾: • (1)新合成的蛋白質須經修飾 才有生理功能 • (2)修飾的方法 • 切除無效的多 鏈 • 與金屬元素結合 蛋白質的合成與修飾
(3)切除多 鏈的例子: 水解 鏈 (21個胺基酸) 鏈 (30個胺基酸) 新合成的胰島素(86個胺基酸) 具活性的胰島素 雙硫鍵 蛋白質的合成與修飾
(4)與金屬元素結合的例子: 需要金屬元素作為輔助因子 A.碳酸酐 :鋅 B.尿素 :鎳 C.細胞氧化 :銅 需要金屬元素作為成分 A.甲狀腺素:碘 B.血紅素:鐵 蛋白質的合成與修飾
基因的表現怎樣被調節? 什麼是基因表現的調節? 原核生物的基因表現調節 真核生物的基因表現調節
什麼是基因表現的調節? • 多細胞生物的細胞皆源自同一細胞 • (1)含有相同的染色體數 • (2)含有相同的遺傳物質(基因) • 細胞的分化: • (1)成熟後,細胞的構造、機能不同 • (2)不同的細胞,表現的基因不同 • (3)哪些基因表現?哪些不表現? • 此乃基因的調節
基因操縱組模式: • (1)1961,傑柯(F.Jacob)和蒙羅(J. Monod) 提出 • (2)大腸桿菌的乳糖操縱組 • 包括: • A.調節基因:表現抑制蛋白 • B.啟動子:RNA聚合 結合處 • C.操縱子:抑制蛋白結合處 • D.構造基因:表現三種與乳糖消化有關 的酵素 • 運作方式 原核生物的基因表現調節
(3)色胺酸操縱組的運作方式: 無色胺酸時,抑制蛋白無活性,構 造基因表現合成色胺酸 A.色胺酸過多時,抑制蛋白有活性, 構造基因不表現 B.此為回饋抑制作用 色胺酸操縱組是一種抑制性操縱組 原核生物的基因表現調節